JP2019085877A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

Ignition device for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2019085877A
JP2019085877A JP2017211758A JP2017211758A JP2019085877A JP 2019085877 A JP2019085877 A JP 2019085877A JP 2017211758 A JP2017211758 A JP 2017211758A JP 2017211758 A JP2017211758 A JP 2017211758A JP 2019085877 A JP2019085877 A JP 2019085877A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
inverter
power supply
high frequency
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017211758A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6773004B2 (en
Inventor
亮祐 小林
Ryosuke Kobayashi
亮祐 小林
中川 光
Hikari Nakagawa
光 中川
村上 哲
Satoru Murakami
哲 村上
裕一 村本
Yuichi Muramoto
裕一 村本
棚谷 公彦
Kimihiko Tanaya
公彦 棚谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2017211758A priority Critical patent/JP6773004B2/en
Publication of JP2019085877A publication Critical patent/JP2019085877A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6773004B2 publication Critical patent/JP6773004B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide an ignition device for an internal combustion engine which can prevent an electric potential rise in the inside of an alternating current power supply even if ignition action only by a direct-current power supply is continued regenerative power by a discharging current of a capacitor is accumulated.SOLUTION: In an ignition device for an internal combustion engine having an ignition plug, a discharging power supply, and a high-frequency alternating power supply, the high frequency alternating current power supply is provided with a direct current voltage source; an input capacitor; a voltage detecting means for detecting the application voltage of the input capacitor; an inverter which converts the direct current voltage outputted from the direct current voltage source into alternating current voltage; a transformer which connects a primary coil to an output end of the inverter; a resonance circuit which resonates the alternating voltage outputted from the inverter; a current detecting means which detects a current supplied from the high frequency alternating current power supply to the ignition pug; and a control portion which controls the switching element configuring the inverter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高周波プラズマ放電を利用する内燃機関用点火装置に関するものである。   The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine utilizing high frequency plasma discharge.

自動車エンジン等の内燃機関の燃費を向上させる手法として希薄燃料ガスや排気ガスの一部を吸気側へ導き再度吸気させる排気再循環システム(EGR:Exhaust Gas Recirculation)、および燃焼室の高圧縮比化などが用いられる。しかしながら、いずれの手法も着実な点火が課題であり、着火性を高める必要があった。一般的な内燃機関用点火装置としては、点火コイルとイグナイタで構成された直流電源によって高電圧を発生させ、点火プラグの電極間に絶縁破壊放電を発生させるものが用いられる。   An exhaust gas recirculation system (EGR: Exhaust Gas Recirculation) for introducing part of lean fuel gas and exhaust gas to the intake side and re-inhales as a method of improving fuel efficiency of internal combustion engines such as automobile engines etc., and increasing compression ratio of combustion chamber Etc. are used. However, in all methods, steady ignition is a problem, and it was necessary to improve the ignitability. As a general ignition device for an internal combustion engine, a device that generates a high voltage by a DC power source configured by an ignition coil and an igniter and generates a breakdown discharge between electrodes of a spark plug is used.

これに対し、着火性を高める内燃機関点火装置の一つとしてプラズマ点火装置が提案されている。このプラズマ点火装置は、スパークプラグ、直流電源、交流電源、混合部、および点火制御部を備える。そしてスパークプラグにおける中心電極と接地電極との電極間に交流プラズマを発生させることで点火し、その後スパークプラグに供給される交流電力を低減させ、スパークプラグの寿命を向上させるものであった。
(例えば、特許文献1参照)
On the other hand, a plasma igniter has been proposed as one of internal combustion engine igniters that improves the ignitability. The plasma igniter includes a spark plug, a DC power supply, an AC power supply, a mixing unit, and an ignition control unit. Then, by generating an alternating current plasma between the center electrode and the ground electrode in the spark plug, ignition is performed, and thereafter the alternating current power supplied to the spark plug is reduced to improve the life of the spark plug.
(For example, refer to patent document 1)

また、交流電源の回路構成例の一つとして高周波プラズマ点火装置が提案されている。これは、バッテリ、フルブリッジインバータ、トランス、共振回路、点火プラグ、高電圧回路により構成され、インバータ回路のアームを共通化することで、点火プラグ個数の2倍より少ないアーム数とする構成であった。(例えば、特許文献2参照)   Also, a high frequency plasma ignition device has been proposed as one example of circuit configuration of an alternating current power supply. This is composed of a battery, a full bridge inverter, a transformer, a resonant circuit, a spark plug, and a high voltage circuit, and the arms of the inverter circuit are made common to make the number of arms smaller than twice the number of spark plugs. The (For example, refer to patent document 2)

特開2012―112310公報(第3〜第13頁、図1〜2)Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-112310 (third-page 13, FIGS. 1-2) 特開2015−86702号公報(第2〜第10頁、図1)JP, 2015-86702, A (page 2-page 10, FIG. 1)

しかしながら、特許文献1に提案されているプラズマ点火装置にあっては、直流電源から出力される高電圧の伝送路と、交流電源から出力される高周波交流電圧の伝送路が、一つの伝送路にまとめて点火プラグに接続されている。交流電源は、点火タイミングにおいて直流電源が出力する高電圧から、混合部のコンデンサによって分離されている。このように構成されたプラズマ点火装置において、燃焼室内の絶縁破壊は点火プラグの電極間の電圧が放電開始電圧に達することによって生じており、混合部のコンデンサにも点火プラグの電極間電圧と同電圧が印加される。このコンデンサに充電された電荷は、絶縁破壊が発生すると同時に、放電電流として交流電源に流入するという課題があった。   However, in the plasma ignition device proposed in Patent Document 1, the transmission path of the high voltage output from the DC power supply and the transmission path of the high frequency AC voltage output from the AC power supply are one transmission path. Collectively connected to the spark plug. The AC power supply is separated from the high voltage output by the DC power supply at the ignition timing by the condenser of the mixing unit. In the plasma igniter configured as described above, the dielectric breakdown in the combustion chamber is caused by the voltage between the electrodes of the spark plug reaching the discharge start voltage, and the capacitor of the mixing section also has the same voltage between the electrodes of the spark plug. A voltage is applied. The charge stored in the capacitor has the problem of flowing into the AC power supply as a discharge current at the same time as dielectric breakdown occurs.

これに対し、特許文献2に提案されている高周波プラズマ点火装置にあっては、放電電流はインバータのスイッチング素子のダイオードによって整流され、バッテリに回生される。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、燃料ガスに着火しやすい条件も存在し、このときの点火装置による消費電力を抑制するため、交流電源は停止し、直流電源のみによる点火動作が実施される。この直流電源のみによる点火動作が継続する場合、点火毎に放電電流が交流電源に流入し、回生電力として蓄積される。回生電力は蓄積されるが交流電源が動作しないことから回生電力を消費できず、交流電源内部の電位が上昇する。そのため、高耐圧な回路素子で交流電源を構成する必要があり、交流電源の小型化に限界があった。   On the other hand, in the high frequency plasma ignition device proposed in Patent Document 2, the discharge current is rectified by the diode of the switching element of the inverter and regenerated to the battery. However, depending on the operating conditions of the internal combustion engine, there are also conditions under which fuel gas can be easily ignited, and in order to suppress power consumption by the igniter at this time, the AC power supply is stopped and the ignition operation is performed only by the DC power supply. . When the ignition operation using only the DC power supply continues, the discharge current flows into the AC power supply every time the ignition is performed, and is accumulated as regenerative power. Although the regenerative power is accumulated but the AC power supply does not operate, the regenerative power can not be consumed, and the potential inside the AC power supply rises. Therefore, it is necessary to configure the AC power supply with high-voltage circuit elements, and there is a limit to the miniaturization of the AC power supply.

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、直流電源のみによる点火動作が継続し、コンデンサの放電電流による回生電力が蓄積しても、交流電源内部の印加電圧の上昇を防止できる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the ignition operation using only the DC power supply continues, and the voltage applied inside the AC power supply rises even if regenerative power is accumulated due to the discharge current of the capacitor. It is an object of the present invention to provide an ignition device for an internal combustion engine that can prevent the

本発明にかかる内燃機関用点火装置は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加して前記電極間に火花放電を発生させる放電用電源と、前記火花放電の放電経路に高周波電圧を印加して前記電極間に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、を有する内燃機関用点火装置において、
前記高周波交流電源は、直流電圧源と、入力コンデンサと、前記入力コンデンサの印加電圧を検出する電圧検出手段と、複数のスイッチング素子を有し、前記直流電圧源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの出力端に一次側巻線を接続したトランスと、前記トランスの二次側巻線に接続され、少なくとも1つ以上のコンデンサおよびリアクトルを有し、前記インバータから出力された交流電圧を共振させる共振回路と、前記高周波交流電源から前記点火プラグへ供給される電流を検出する電流検出手段と、前記インバータを構成する前記スイッチング素子のオンおよびオフ動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記入力コンデンサの検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるとき、エネルギー消費動作として前記入力コンデンサに蓄積されたエネルギーを消費するよう、前記インバータを動作させることを特徴とするものである。
In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, a high DC voltage is applied between an electrode of the ignition plug and an ignition plug for igniting a combustible mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine to generate spark discharge between the electrodes. In an igniter for an internal combustion engine, comprising: a discharge power source; and a high frequency AC power source for applying a high frequency voltage to a discharge path of the spark discharge to generate a high frequency plasma between the electrodes;
The high frequency alternating current power supply includes a direct current voltage source, an input capacitor, voltage detecting means for detecting an applied voltage of the input capacitor, and a plurality of switching elements, and the direct current voltage output from the direct current voltage source is an alternating voltage , A transformer having a primary side winding connected to the output end of the inverter, and a secondary side winding of the transformer, having at least one or more capacitors and a reactor, and an output from the inverter Circuit for resonating the alternating current voltage, current detection means for detecting the current supplied from the high frequency alternating current power supply to the spark plug, and a control unit for controlling the on / off operation of the switching element constituting the inverter And
The control unit operates the inverter to consume energy stored in the input capacitor as an energy consumption operation when the detected voltage of the input capacitor is higher than a preset threshold voltage. It is a feature.

本発明にかかる内燃機関用点火装置によれば、放電用電源のみによる点火動作が継続し、共振コンデンサの放電電流による回生電力が高周波交流電源に蓄積しても、高周波交流電源内部の印加電圧の上昇を防止することができる。   According to the igniter for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition operation by only the discharge power supply continues, and even if the regenerative power by the discharge current of the resonance capacitor is accumulated in the high frequency AC power supply, It is possible to prevent the rise.

本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の点火タイミングを示す図である。It is a figure which shows the ignition timing of the internal combustion engine ignition device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の高周波交流電源のインバータ動作を示す図である。It is a figure which shows the inverter operation | movement of the high frequency alternating current power supply of the ignition device for internal combustion engines concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の共振負荷の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the resonance load of the internal combustion engine ignition device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置のエネルギー消費動作のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart of energy consumption operation | movement of the ignition device for internal combustion engines concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example of the internal combustion engine ignition device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる内燃機関用点火装置の再点火動作を示す図である。It is a figure which shows the reignition operation | movement of the internal combustion engine ignition device concerning Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。
Embodiment 1
First, the configuration of the internal combustion engine ignition device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration example of an internal combustion engine ignition device according to a first embodiment of the present invention.

内燃機関用点火装置1は、点火プラグ10と、放電用電源11と、高周波交流電源2と、を有する。   The internal combustion engine ignition device 1 has an ignition plug 10, a discharge power supply 11, and a high frequency AC power supply 2.

放電用電源11は点火プラグ10の電極間を絶縁破壊するために、直流高電圧を印加するものである。前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加することにより電極間に火花放電を発生させることができる。点火プラグ10は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる。   The discharge power source 11 applies a high DC voltage to cause dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10. A spark discharge can be generated between the electrodes by applying a high DC voltage between the electrodes of the spark plug. The spark plug 10 ignites the combustible mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine.

高周波交流電源2は、点火プラグ10に高周波電圧を印加するものである。火花放電の放電経路に高周波電圧を印加することにより電極間に高周波プラズマを発生させることができる。高周波交流電源2は、直流電圧源3、入力コンデンサ4、電圧検出手段8、インバータ5、トランス6、共振回路7、高周波交流電源2から点火プラグ10に出力される電流を検出する電流検出手段9、および制御部12から構成される。直流電圧源3は、例えば車両に搭載されたバッテリなどから構成される。電圧検出手段8は、入力コンデンサ4の印加電圧を検出する。   The high frequency AC power supply 2 applies a high frequency voltage to the spark plug 10. A high frequency plasma can be generated between the electrodes by applying a high frequency voltage to the discharge path of the spark discharge. The high frequency AC power supply 2 includes a DC voltage source 3, an input capacitor 4, a voltage detection means 8, an inverter 5, a transformer 6, a resonance circuit 7, and a current detection means 9 for detecting a current output from the high frequency AC power supply 2 to the spark plug 10. , And a control unit 12. The direct current voltage source 3 is constituted of, for example, a battery mounted on a vehicle. The voltage detection means 8 detects the voltage applied to the input capacitor 4.

入力コンデンサ4は回路構成上、直流電圧源3とインバータ5の間に設けられ、直流電圧源3からのリップル電圧を抑制する。   The input capacitor 4 is provided between the DC voltage source 3 and the inverter 5 in the circuit configuration to suppress the ripple voltage from the DC voltage source 3.

インバータ5は、複数のスイッチング素子51、52、53、54を有し、直流電圧源3から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。本実施の形態においては入力コンデンサ4を介して直流電圧が交流電圧に変換される。   The inverter 5 has a plurality of switching elements 51, 52, 53, 54, and converts the DC voltage output from the DC voltage source 3 into an AC voltage. In the present embodiment, a DC voltage is converted to an AC voltage through the input capacitor 4.

インバータ5は、スイッチング素子51と52との直列回路からなる第1レグとスイッチング素子53と54との直列回路からなる第2レグとから構成される。インバータ5のスイッチング素子51、53のドレイン端は、直流電圧源3および入力コンデンサ4のプラス端に接続されている。また、インバータ5のスイッチング素子52、54のソース端は、直流電圧源3および入力コンデンサ4のマイナス端に接続されている。また、各スイッチング素子51から54は、逆並列ダイオード(ボディダイオード)を有している。   The inverter 5 is composed of a first leg consisting of a series circuit of switching elements 51 and 52 and a second leg consisting of a series circuit of switching elements 53 and 54. The drain ends of the switching elements 51 and 53 of the inverter 5 are connected to the DC voltage source 3 and the positive end of the input capacitor 4. The source terminals of the switching elements 52 and 54 of the inverter 5 are connected to the DC voltage source 3 and the negative terminal of the input capacitor 4. Each of the switching elements 51 to 54 has an antiparallel diode (body diode).

なお、本実施の形態では、インバータ5の回路構成はフルブリッジ回路を例に説明するが、例えばハーフブリッジ回路など他の構成を用いてもよい。また、各スイッチング素子はダイオードを内蔵したMOS(Metal Oxide Semiconductor)構成としたが、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transisitor)の他の半導体素子であってもよい。   In the present embodiment, the circuit configuration of the inverter 5 will be described taking a full bridge circuit as an example, but another configuration such as a half bridge circuit may be used, for example. Although each switching element has a MOS (Metal Oxide Semiconductor) configuration including a diode, it may be another semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), for example.

トランス6は、インバータ5から出力される交流電圧を昇圧する。トランス6は一次側巻線61と二次側巻線62とを有する。一次側巻線61はインバータ5の出力端に接続され、二次側巻線62は共振回路7と接続される。   The transformer 6 boosts the alternating voltage output from the inverter 5. The transformer 6 has a primary winding 61 and a secondary winding 62. The primary side winding 61 is connected to the output end of the inverter 5, and the secondary side winding 62 is connected to the resonant circuit 7.

トランス6の一次側巻線61と二次側巻線62との巻数比は1:nである。トランス6の二次側巻線62側の電圧を高電圧に昇圧するため、nは1より大きい実数とする。これにより、トランス6の二次側巻線62間に発生する電圧は、トランス6の一次側巻線61間に発生する電圧のn倍に変換される。したがってトランス6の二次側巻線62に流れる電流は、トランス6の一次側巻線61に流れる電流の1/n倍に変換される。   The turns ratio of the primary winding 61 and the secondary winding 62 of the transformer 6 is 1: n. In order to boost the voltage on the secondary side winding 62 side of the transformer 6 to a high voltage, n is a real number greater than one. Thus, the voltage generated between the secondary windings 62 of the transformer 6 is converted to n times the voltage generated between the primary windings 61 of the transformer 6. Therefore, the current flowing through the secondary winding 62 of the transformer 6 is converted to 1 / n times the current flowing through the primary winding 61 of the transformer 6.

共振回路7は、トランス6の二次側巻線62に接続され、共振コンデンサ72と共振リアクトル71とを一つずつ有する。共振回路7は、インバータ5から出力された交流電圧を正弦波に整形する。共振回路7の一例として、本実施の形態では直列LC回路を用いており、具体的にはトランス6の二次側巻線62と共振リアクトル71と共振コンデンサ72とが順に直列に接続されている。なお、他の共振回路を適用しても同様の点火動作を行うことが可能であることは言うまでもない。また、本実施の形態においては、共振コンデンサ72と共振リアクトル71をそれぞれ一つずつ有する構成としているが、少なくとも一つずつ有する構成であればよく、複数設けても良い。   The resonant circuit 7 is connected to the secondary side winding 62 of the transformer 6 and has one resonant capacitor 72 and one resonant reactor 71. The resonant circuit 7 shapes the alternating voltage output from the inverter 5 into a sine wave. As an example of the resonant circuit 7, a series LC circuit is used in the present embodiment, and specifically, the secondary side winding 62 of the transformer 6, the resonant reactor 71, and the resonant capacitor 72 are connected in series in order . Needless to say, the same ignition operation can be performed even if another resonant circuit is applied. Further, in the present embodiment, one resonance capacitor 72 and one resonance reactor 71 are provided. However, as long as at least one resonance capacitor 72 and at least one resonance reactor 71 are provided, plural resonance capacitors may be provided.

制御部12は、インバータ5における各スイッチング素子51,52,53,54のオンおよびオフ動作を制御する。この制御は、入力コンデンサ4の印加電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるとき、エネルギー消費動作として入力コンデンサ4に蓄積されたエネルギーを消費するよう、インバータ5のスイッチング素子51,52,53,54を動作させるようにする。   The control unit 12 controls the on / off operation of each switching element 51, 52, 53, 54 in the inverter 5. This control consumes the energy stored in the input capacitor 4 as an energy consumption operation when the voltage applied to the input capacitor 4 is higher than a preset threshold voltage, so that the switching elements 51 and 52 of the inverter 5 are used. , 53, 54 are operated.

次に、本実施の形態における内燃機関用点火装置1の基本的な動作について説明する。図2は、本発明の実施の形態1における高周波プラズマ点火のタイミングチャートを示す図である。   Next, the basic operation of the internal combustion engine ignition device 1 in the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a timing chart of high frequency plasma ignition in the first embodiment of the present invention.

図2では、点火タイミング信号、インバータ駆動信号、点火プラグ電圧、点火プラグ電流、入力コンデンサ印加電圧のぞれぞれの状態を示している。図中のT1からT3はそれぞれある時刻を示している。   FIG. 2 shows the states of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, the spark plug current, and the input capacitor applied voltage. Each of T1 to T3 in the figure indicates a certain time.

図2の時刻T1において、内燃機関用点火装置1は、図示していないエンジンコントロールユニット(以下、ECUと称する)から出力される点火タイミング信号の立下りに応じて、放電用電源11から点火プラグ10にマイナス電圧の印加を開始する。   At time T1 in FIG. 2, the ignition device 1 for an internal combustion engine receives an ignition plug from the discharge power supply 11 in response to the falling of the ignition timing signal output from an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) not shown. Start applying negative voltage to 10.

図2の時刻T2は、点火プラグ10への印加電圧がある電圧に到達する時刻である。この時刻T2では、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊され、火花放電が生ずる。点火プラグ10が絶縁破壊に到達する電圧は、点火プラグ10の電極間の距離や、燃焼室の状態で変化するが数kV〜数10kV印加する必要がある。   Time T2 in FIG. 2 is the time when the voltage applied to the spark plug 10 reaches a certain voltage. At time T2, the electrodes of the spark plug 10 are broken down and spark discharge occurs. The voltage at which the spark plug 10 reaches dielectric breakdown varies depending on the distance between the electrodes of the spark plug 10 and the state of the combustion chamber, but it is necessary to apply several kV to several tens kV.

点火プラグ10が絶縁破壊された後、図2の時刻T3では、高周波交流電源2の動作が開始され、入力コンデンサ4に印加された直流電圧が、インバータ5により高周波交流電圧として出力される。   After the spark plug 10 is broken down, at time T3 in FIG. 2, the operation of the high frequency AC power supply 2 is started, and the DC voltage applied to the input capacitor 4 is output by the inverter 5 as a high frequency AC voltage.

インバータ5から出力された高周波交流電圧は、トランス6により昇圧される。トランス6により昇圧された交流電圧は共振回路7により正弦波に整形され、数100Vから数kV程度までの電圧値を有する数MHzの高周波交流電圧として点火プラグ10に印加される。そして内燃機関の燃焼室内の燃料と空気の混合気に対して高周波プラズマ点火が行われる。   The high frequency AC voltage output from the inverter 5 is boosted by the transformer 6. The alternating voltage boosted by the transformer 6 is shaped into a sine wave by the resonant circuit 7 and applied to the spark plug 10 as a high frequency alternating voltage of several MHz having a voltage value of several hundred volts to several kilovolts. Then, high frequency plasma ignition is performed on a mixture of fuel and air in the combustion chamber of the internal combustion engine.

次に、高周波交流電源2が高周波プラズマ点火動作を実施しているときのインバータ5の動作波形について図3を用いて説明する。ここで、インバータ5出力電圧は、第1レグのスイッチング素子51と52の接続点の電位が、第2レグのスイッチング素子53と54の接続点の電位よりも高電位となる場合を正とし、インバータ5出力電流は第1レグのスイッチング素子51と52の接続点からトランス6の一次巻61線を介して第2レグのスイッチング素子53と54の接続点に流れる方向を正としている。   Next, an operation waveform of the inverter 5 when the high frequency AC power supply 2 is performing the high frequency plasma ignition operation will be described with reference to FIG. Here, the output voltage of the inverter 5 is positive when the potential at the connection point between the switching elements 51 and 52 in the first leg is higher than the potential at the connection point between the switching elements 53 and 54 in the second leg. The direction of the inverter 5 output current flows from the connection point of the switching elements 51 and 52 of the first leg to the connection point of the switching elements 53 and 54 of the second leg via the primary winding 61 of the transformer 6 as positive.

図3の(a)は、インバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる波形を示している。図3の(b)は、インバータの出力電流がインバータ5の出力電圧に対して進み位相となる波形を示している。インバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる条件は、共振回路7と点火プラグ10で構成される合成リアクタンスが誘導性となる場合である。ただし、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊され放電経路が形成されているときは、点火プラグ10を抵抗成分としてみなされるため、共振回路7の合成リラクタンスのみを考慮すればよい。   FIG. 3A shows a waveform in which the output current of the inverter 5 is delayed in phase with respect to the output voltage of the inverter 5. (B) of FIG. 3 shows a waveform in which the output current of the inverter is in the lead phase with respect to the output voltage of the inverter 5. The condition in which the output current of the inverter 5 is delayed in phase with respect to the output voltage of the inverter 5 is when the combined reactance formed by the resonance circuit 7 and the spark plug 10 is inductive. However, when dielectric breakdown occurs between the electrodes of the spark plug 10 to form a discharge path, the spark plug 10 is regarded as a resistance component, and therefore only the combined reluctance of the resonant circuit 7 may be considered.

図3(a)を詳細に説明する。図3(a)における時刻Taはスイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がるタイミングを表している。また、時刻Tbはスイッチング素子52,53のゲート信号が立ち上がるタイミングを表している。   FIG. 3A will be described in detail. Time Ta in FIG. 3A indicates the timing at which the gate signals of the switching elements 51 and 54 rise. Time Tb represents the timing at which the gate signals of the switching elements 52 and 53 rise.

スイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がる時刻Taでは、スイッチング素子51,54には負極性の電流が流れている。これは、スイッチング素子51,54の逆並列ダイオードが導通している状態を指し、ターンオンするスイッチング素子51,54のドレイン−ソース間電圧はゼロとなる。このため、スイッチング素子51,54ではゼロ電圧スイッチングが成立し、ターンオン時のスイッチング損失を低減することができる。これは、スイッチングの極性を反転させたスイッチング素子52,53がターンオンする時刻Tbにも同様のことが言える。   At time Ta when the gate signals of the switching elements 51 and 54 rise, a negative current flows in the switching elements 51 and 54. This means that the antiparallel diodes of the switching elements 51 and 54 are conducting, and the drain-source voltage of the switching elements 51 and 54 to be turned on becomes zero. Therefore, zero voltage switching is established in switching elements 51 and 54, and switching loss at turn-on can be reduced. The same applies to the time Tb when the switching elements 52 and 53 whose polarity of switching is reversed are turned on.

図3(b)を詳細に説明する。スイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がる時刻Tcでは、スイッチング素子51,54が導通しインバータ5は正極性の電流を出力する。   FIG. 3B will be described in detail. At time Tc when the gate signals of the switching elements 51 and 54 rise, the switching elements 51 and 54 become conductive, and the inverter 5 outputs a positive current.

時刻Tdでインバータ出力電流の極性が反転する。このとき、スイッチング素子51,54が導通している。このため、スイッチング素子51,54のソースからドレインの方向に電流は流れる。   At time Td, the polarity of the inverter output current is inverted. At this time, the switching elements 51 and 54 are conductive. Therefore, current flows from the source to the drain of the switching elements 51 and 54.

時刻Teでスイッチング素子51,54がターンオフする。これによりスイッチング素子51,54の逆並列ダイオードに電流が流れ、入力コンデンサ4に回生される。   The switching elements 51 and 54 are turned off at time Te. As a result, current flows in the antiparallel diodes of the switching elements 51 and 54, and the input capacitor 4 is regenerated.

次に、時刻Tfになりスイッチング素子52,53をターンオンする。このときスイッチング素子52,53には電流が流れていない状態で、導通することからハードスイッチングとなる。   Next, at time Tf, the switching elements 52 and 53 are turned on. At this time, since no current flows in the switching elements 52 and 53, the switching elements 52 and 53 become hard switching.

また、スイッチング素子52,53が導通すると同時にスイッチング素子51,54の逆並列ダイオードのリカバリが発生する。リカバリ期間中は第1レグのスイッチング素子51、52がともに導通した状態になることから、第1レグでは短絡が発生し、瞬間的に大電流が第1レグを通流する。スイッチング素子51,52では、この短絡電流による損失が発生し、スイッチング素子の発熱が増大するため、短絡電流に耐えうる特性をもつスイッチング素子への変更や冷却能力を強化が必要となる。   At the same time as switching elements 52 and 53 become conductive, recovery of anti-parallel diodes of switching elements 51 and 54 occurs. Since both of the switching elements 51 and 52 of the first leg become conductive during the recovery period, a short circuit occurs in the first leg, and a large current instantaneously flows through the first leg. In the switching elements 51 and 52, a loss due to the short circuit current occurs, and heat generation of the switching element increases. Therefore, it is necessary to strengthen the change to the switching element having a characteristic that can withstand the short circuit current and the cooling capability.

以上より、インバータ5はインバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる、つまり共振回路7と点火プラグ10を含む共振負荷回路が誘導性リアクタンスとなる周波数領域で動作させることとする。   From the above, in the inverter 5, the output current of the inverter 5 is delayed in phase with respect to the output voltage of the inverter 5, that is, the resonant load circuit including the resonant circuit 7 and the spark plug 10 is operated in a frequency range where inductive reactance is generated. I assume.

次に、共振回路7における共振リアクトル71と共振コンデンサ72の共振点と共振ゲインの関係を説明する。図4は、共振リアクトル71と共振コンデンサ72とを含む負荷の共振点と共振ゲインの関係を示した図である。   Next, the relationship between the resonance point of the resonance reactor 71 and the resonance capacitor 72 in the resonance circuit 7 and the resonance gain will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the resonance point of the load including the resonance reactor 71 and the resonance capacitor 72 and the resonance gain.

図4の縦軸はゲインを示し、横軸は周波数を示す。図4において共振点より高い周波数領域では、周波数を高くすると共振ゲインが小さくなり、高周波交流電源の出力が低下する。また、共振点より低い周波数領域では、周波数を高くすると共振ゲインが大きくなり、高周波交流電源の出力が増加する。すなわち、共振点より高い周波数ではインバータ5にとって共振回路の合成リアクタンスは誘導性となり、共振点より低い周波数では容量性となる。   The vertical axis in FIG. 4 indicates the gain, and the horizontal axis indicates the frequency. In FIG. 4, in the frequency region higher than the resonance point, when the frequency is increased, the resonance gain is reduced and the output of the high frequency AC power supply is reduced. Further, in the frequency region lower than the resonance point, when the frequency is increased, the resonance gain is increased and the output of the high frequency AC power supply is increased. That is, the combined reactance of the resonant circuit is inductive for the inverter 5 at frequencies higher than the resonance point, and capacitive at frequencies lower than the resonance point.

本実施の形態におけるインバータ5では上述したようにインバータ5のスイッチング素子51,54がターンオンするときにゼロ電圧スイッチングとするために、インバータ5の出力電圧に対し、出力電流が遅れ位相となるように動作させている。したがって、本実施の形態ではインバータ5はスイッチング素子のスイッチング周波数を共振点より高い周波数領域、すなわち、共振回路7の合成リアクタンスが誘導性となる周波数領域で動作される。   In the inverter 5 according to the present embodiment, as described above, the output current has a delay phase with respect to the output voltage of the inverter 5 in order to perform zero voltage switching when the switching elements 51 and 54 of the inverter 5 are turned on. It is working. Therefore, in the present embodiment, the inverter 5 is operated in a frequency range where the switching frequency of the switching element is higher than the resonance point, that is, in a frequency range where the combined reactance of the resonant circuit 7 becomes inductive.

インバータ5のスイッチング周波数を調整し共振ゲインを変化させることによって、点火プラグ10への印加電圧を変化させ、点火プラグ10に流れる電流を制御することができる。具体的には、周波数は、電流検出手段9によって検出された検出電流が点火プラグ10の電流要求値よりも低い場合は、共振点に近づくようにスイッチング周波数を低下させる調整を行う。また、検出電流が点火プラグの電流要求値より高い場合は、スイッチング周波数を増加させる調整を行う。このようにスイッチング周波数の調整を行うことにより、点火プラグ10に流れる電流の制御が可能となる。   By adjusting the switching frequency of the inverter 5 to change the resonance gain, the voltage applied to the spark plug 10 can be changed to control the current flowing through the spark plug 10. Specifically, when the detected current detected by the current detection means 9 is lower than the current request value of the spark plug 10, the frequency is adjusted to lower the switching frequency so as to approach the resonance point. Also, when the detected current is higher than the current demand value of the spark plug, adjustment is performed to increase the switching frequency. By adjusting the switching frequency in this manner, control of the current flowing through the spark plug 10 becomes possible.

本実施の形態にかかる内燃機関用点火装置1のエネルギー消費動作について図2と図5を用いて説明する。   The energy consumption operation of the internal combustion engine ignition device 1 according to the present embodiment will be described using FIGS. 2 and 5.

内燃機関用点火装置1は上述した点火動作を点火タイミング毎に繰り返す。点火動作の中で、放電用電源11により点火プラグ10の電極間が絶縁破壊されるとき、共振回路7を構成する共振コンデンサ72には、点火プラグ10の電極間電圧と等しい電圧が印加される。この共振コンデンサ72に蓄えられたエネルギーは、図2の時刻T2に示す点火プラグ10の電極間の絶縁破壊と同時に、共振リアクトル71と共振コンデンサ72のつくる共振周波数で振動する放電電流として放出される。   The internal combustion engine ignition device 1 repeats the above-described ignition operation at each ignition timing. In the ignition operation, when dielectric breakdown occurs between the electrodes of the spark plug 10 by the discharge power supply 11, a voltage equal to the inter-electrode voltage of the spark plug 10 is applied to the resonant capacitor 72 constituting the resonant circuit 7. . The energy stored in the resonant capacitor 72 is discharged as a discharge current oscillating at a resonant frequency generated by the resonant reactor 71 and the resonant capacitor 72 simultaneously with the dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10 shown at time T2 in FIG. .

この放電電流はトランス6を介して、インバータ5に流入する。このとき、インバータ5は動作しておらず、スイッチング素子51〜54の逆並列ダイオードによって整流され、入力コンデンサ4に回生される。この放電電流からなる回生電力に伴い、入力コンデンサ4の印加電圧は上昇する。   The discharge current flows into the inverter 5 through the transformer 6. At this time, the inverter 5 is not operating, and is rectified by the anti-parallel diodes of the switching elements 51 to 54 and regenerated to the input capacitor 4. The voltage applied to the input capacitor 4 rises with the regenerated power consisting of the discharge current.

その後、時刻T3にて高周波プラズマ点火動作が始まり、インバータ5が動作することで入力コンデンサ4のエネルギーが消費され、入力コンデンサ4の印加電圧は低下していく。このように、入力コンデンサの印加電圧が直流電圧源の出力電圧よりも低下した場合は、直流電圧源によって充電され、同電位となる。   Thereafter, at time T3, the high frequency plasma ignition operation starts, and the energy of the input capacitor 4 is consumed by the operation of the inverter 5, and the voltage applied to the input capacitor 4 decreases. As described above, when the voltage applied to the input capacitor is lower than the output voltage of the DC voltage source, it is charged by the DC voltage source and becomes the same potential.

高周波プラズマ点火を実施する際は、上述の一連の動作を繰り返すが、内燃機関の運転状態に応じて、放電用電源11による火花点火のみで点火を行うことがある。この放電用電源11のみによる点火動作が繰り返される場合、高周波交流電源2の入力コンデンサ4は、共振コンデンサ72の放電電流による回生電力が繰り返し充電される。このとき、インバータ5の動作による高周波プラズマ点火動作が行われないため、入力コンデンサ4のエネルギーは消費されず、印加電圧は徐々に増加する。この印加電圧の増加を許容するためには、高耐圧な回路素子が必要であり、その場合、交流電源の小型化には限界がある。   When the high frequency plasma ignition is performed, the above-described series of operations are repeated, but depending on the operating state of the internal combustion engine, ignition may be performed only by spark ignition by the discharge power supply 11. When the ignition operation by only the discharge power supply 11 is repeated, the input capacitor 4 of the high frequency AC power supply 2 is repeatedly charged with regenerative power by the discharge current of the resonance capacitor 72. At this time, since the high frequency plasma ignition operation by the operation of the inverter 5 is not performed, the energy of the input capacitor 4 is not consumed, and the applied voltage gradually increases. In order to allow the increase of the applied voltage, a high breakdown voltage circuit element is required, and in that case, there is a limit to the miniaturization of the AC power supply.

そこで本実施の形態では、上述の放電用電源11のみの点火動作が繰り返される場合において、入力コンデンサ4の印加電圧の上昇を回避するため、以下の動作を実施する。   Therefore, in the present embodiment, in the case where the ignition operation of only the above-described discharge power supply 11 is repeated, the following operation is performed in order to avoid a rise in the voltage applied to the input capacitor 4.

図5はエネルギー消費動作のタイミングチャートを示した図である。図中には点火タイミング信号、インバータ駆動信号、点火プラグ電圧、点火プラグ電流、入力コンデンサ印加電圧の動作状態を示している。   FIG. 5 is a diagram showing a timing chart of the energy consumption operation. The figure shows the operating state of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, the spark plug current, and the input capacitor applied voltage.

入力コンデンサ4の印加電圧の上昇を回避する動作方法として、本実施の形態では、電圧検出手段8にて入力コンデンサ4の印加電圧を監視する。そして、予め設定された閾値電圧との大小を比較する。本実施の形態において閾値電圧は直流電圧源3の出力電圧以上、高周波交流電源2を構成する回路素子の定格電圧未満とする。   As an operation method for avoiding a rise in the voltage applied to the input capacitor 4, in the present embodiment, the voltage detection means 8 monitors the voltage applied to the input capacitor 4. Then, the magnitude is compared with a preset threshold voltage. In the present embodiment, the threshold voltage is equal to or higher than the output voltage of the DC voltage source 3 and lower than the rated voltage of the circuit elements constituting the high frequency AC power supply 2.

比較により、電圧検出手段8が閾値電圧以上となる入力コンデンサ4の印加電圧を検出すると、制御部12は放電用電源11による点火プラグ10の電極間の絶縁破壊が終了し絶縁状態に戻った後に、インバータ5に動作信号を出力する。このときのインバータ5の動作は、通常の高周波プラズマ点火を実施するときと同様のスイッチング動作を行い、高周波交流電源2を構成する回路素子から発生する損失を以って入力コンデンサ4に蓄えられるエネルギーを消費する。   By comparison, when the voltage detection means 8 detects the applied voltage of the input capacitor 4 having a threshold voltage or more, the control unit 12 ends the insulation breakdown between the electrodes of the spark plug 10 by the discharge power supply 11 and returns to the insulation state , And outputs an operation signal to the inverter 5. The operation of the inverter 5 at this time performs the same switching operation as when performing the normal high frequency plasma ignition, and energy stored in the input capacitor 4 with the loss generated from the circuit element constituting the high frequency AC power supply 2 To consume

上述のインバータ5のエネルギー消費動作により入力コンデンサ4の印加電圧が低下し、次の点火タイミング信号が出力されるまで、もしくは検出電圧が直流電圧源3と同電位になるまで低下したとき、インバータ5によるエネルギー消費動作を停止する。   When the voltage applied to the input capacitor 4 decreases due to the energy consumption operation of the inverter 5 described above, and the next ignition timing signal is output, or when the detected voltage decreases to the same potential as the DC voltage source 3, the inverter 5 Stop the energy consumption operation.

高周波交流電源2の出力電圧は点火プラグ10の電極間の絶縁破壊電圧未満であることから、点火プラグ10は電極間の容量成分が負荷としてみなされる。そのため、共振コンデンサ72と点火プラグ10の容量成分の2直列が合成容量となり、この合成容量が共振コンデンサ72の容量よりも低減する。よってエネルギー消費動作での負荷回路の共振点は、高周波プラズマ点火動作での負荷回路の共振点に比べ高周波側に遷移される。   Since the output voltage of the high frequency AC power supply 2 is less than the dielectric breakdown voltage between the electrodes of the spark plug 10, the capacitive component between the electrodes is regarded as a load. Therefore, two series of the capacity component of the resonance capacitor 72 and the spark plug 10 become a combined capacity, and the combined capacity is smaller than the capacity of the resonance capacitor 72. Therefore, the resonance point of the load circuit in the energy consumption operation is shifted to a higher frequency side than the resonance point of the load circuit in the high frequency plasma ignition operation.

高周波プラズマ点火動作時のスイッチング周波数とエネルギー消費動作時のスイッチング周波数を同じにする。この場合、共振回路7の構成によっては、エネルギー消費動作時はインバータ5のスイッチング周波数が容量性となる周波数領域や共振点に重なることが考えられる。しかし、高周波交流電源2の出力電圧は、点火プラグ10の絶縁破壊電圧に比べ十分に低電圧であることから放電が実施されることはない。   The switching frequency in high frequency plasma ignition operation and the switching frequency in energy consumption operation are made the same. In this case, depending on the configuration of the resonance circuit 7, it is conceivable that the switching frequency of the inverter 5 overlaps the frequency region or the resonance point where the capacity becomes capacitive during the energy consumption operation. However, since the output voltage of the high frequency AC power supply 2 is a voltage sufficiently lower than the dielectric breakdown voltage of the spark plug 10, the discharge is not performed.

このエネルギー消費動作時にインバータ5のスイッチング周波数が容量性となる周波数領域や、共振点に重なることを避けたい場合は、点火プラグ10が絶縁破壊しているときの共振負荷回路の共振点と、点火プラグ10が絶縁破壊していないときの共振負荷回路の共振点を事前に確認する。そして、エネルギー消費動作でのインバータ5のスイッチング周波数を、共振回路と点火プラグ10の浮遊容量成分で構成される共振点よりも高周波になるよう動作させても良い。   When it is desired to avoid that the switching frequency of the inverter 5 overlaps the capacitive frequency or the resonance point during the energy consumption operation, the resonance point of the resonant load circuit when the spark plug 10 is broken down, and the ignition The resonance point of the resonant load circuit when the plug 10 is not broken down is confirmed in advance. Then, the switching frequency of the inverter 5 in the energy consumption operation may be operated so as to be higher than the resonance point formed by the resonance circuit and the stray capacitance component of the spark plug 10.

上述のとおり、本実施の形態の内燃機関用点火装置1は、入力コンデンサ4の検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧となるとき、エネルギー消費動作として入力コンデンサ4に蓄積されたエネルギーを消費するよう、インバータ5を動作させるものである。   As described above, when the detected voltage of the input capacitor 4 becomes higher than a preset threshold voltage, the ignition device 1 for an internal combustion engine of the present embodiment stores energy stored in the input capacitor 4 as an energy consumption operation. The inverter 5 is operated to consume the

よって、放電用電源11のみによる点火動作が繰り返されたとしても、入力コンデンサ4に蓄積された回生エネルギーを適宜消費できる。その結果、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を防ぐことができる。   Therefore, even if the ignition operation by only the discharge power supply 11 is repeated, the regenerative energy stored in the input capacitor 4 can be appropriately consumed. As a result, it is possible to prevent a rise in the applied voltage of the high frequency AC power supply 2.

実施の形態2.
実施の形態2は実施の形態1のエネルギー消費動作を点火プラグ10の電極間が絶縁破壊している期間においても実施させるようにした構成が相違している。実施の形態2では、本発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明を省略する。
Second Embodiment
The second embodiment is different in the configuration in which the energy consumption operation of the first embodiment is performed even in a period in which the electrodes of the spark plug 10 are in dielectric breakdown. In the second embodiment, parts different from the first embodiment of the present invention will be described, and description of the same or corresponding parts will be omitted.

実施の形態1におけるエネルギー消費動作は、点火プラグ10の電極間の絶縁破壊が終了した後に実施するという制限があった。これは、高周波交流電源2が高周波プラズマ放電に必要な電圧以上の電圧を出力しているためである。このとき点火プラグ10の電極間が絶縁破壊されているときに高周波交流電源2が動作すると、高周波プラズマ放電が実施され内燃機関の動作状態によっては、不必要な点火動作が生じることになる。この点火動作は、直流電圧源3となるバッテリのエネルギー消費や、内燃機関に機械的ストレスを与えることに繋がる。   The energy consumption operation in the first embodiment is limited to be performed after the breakdown between the electrodes of the spark plug 10 is completed. This is because the high frequency AC power supply 2 outputs a voltage higher than the voltage required for high frequency plasma discharge. At this time, if the high frequency AC power supply 2 operates when the electrodes of the spark plug 10 are broken down, high frequency plasma discharge is performed, and depending on the operating state of the internal combustion engine, unnecessary ignition occurs. This ignition operation leads to energy consumption of the battery serving as the DC voltage source 3 and mechanical stress to the internal combustion engine.

そこで実施の形態2では、エネルギー消費動作を実施する際にインバータ5のスイッチング素子51〜54のオンパルスの時比率を低減させる。スイッチング素子51〜54のオン時間が減ることでトランス6の励磁時間が低減し、高周波交流電源2の出力電圧・出力電流のピーク値が低下する。   Therefore, in the second embodiment, the duty ratio of the on-pulses of the switching elements 51 to 54 of the inverter 5 is reduced when the energy consumption operation is performed. By reducing the on time of the switching elements 51 to 54, the excitation time of the transformer 6 is reduced, and the peak value of the output voltage and output current of the high frequency AC power supply 2 is reduced.

この動作にて高周波交流電源2の出力電圧を高周波プラズマ点火に必要な放電維持電圧未満にすることで、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊していても、高周波プラズマ放電することなくエネルギー消費動作を行うことができる。   By setting the output voltage of the high frequency AC power supply 2 to less than the discharge maintaining voltage required for high frequency plasma ignition in this operation, energy consumption operation is performed without high frequency plasma discharge even if the electrodes between the electrodes of the spark plug 10 are broken down. It can be performed.

よって、上述したエネルギー動作により、エネルギー消費動作を実施する時期の制限がなくなる。その結果、電圧検出手段8が入力コンデンサ4の印加電圧が閾値電圧以上の電圧を検出した後、即座にエネルギー消費動作を実施することが可能となる。   Thus, the above-described energy operation eliminates the restriction on the timing of performing the energy consumption operation. As a result, after the voltage detection means 8 detects that the voltage applied to the input capacitor 4 is equal to or higher than the threshold voltage, it is possible to carry out the energy consumption operation immediately.

したがって、実施の形態2では、実施の形態1と同様に、入力コンデンサ4に蓄積された回生エネルギーを適宜消費できる効果に加え、その消費動作を即座に実施することが可能とするものである。よって、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を防ぐことができる。   Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, in addition to the effect that the regenerative energy stored in the input capacitor 4 can be appropriately consumed, the consumption operation can be implemented immediately. Therefore, the rise of the applied voltage of the high frequency alternating current power supply 2 can be prevented.

実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3における内燃機関用点火装置を示す図である。図6において、図1と同じ符号を付けたものは、図1と同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1および実施の形態2とは、高周波交流電源2において、インバータ5とトランス6との間にダイオードブリッジ回路13を接続した構成が相違している。
Third Embodiment
FIG. 6 is a view showing an ignition device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding components as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. The configuration in which the diode bridge circuit 13 is connected between the inverter 5 and the transformer 6 in the high frequency AC power supply 2 is different from the first embodiment and the second embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1および2と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。図6を用いて実施の形態3における内燃機関用点火装置1の高周波交流電源2の構成について説明する。   In the third embodiment of the present invention, portions different from the first and second embodiments of the present invention will be described, and the description of the same or corresponding portions will be omitted. The configuration of the high frequency AC power supply 2 of the internal combustion engine ignition device 1 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

高周波交流電源2は、直流電圧源3と、入力コンデンサ4と、電圧検出手段8と、インバータ5と、トランス6と、共振回路7と、高周波交流電源2から点火プラグ10に出力される電流を検出する電流検出手段9と、制御部12から構成される。さらに本実施の形態は、インバータ5とトランス6の間にダイオードブリッジ回路13を有する。   The high frequency AC power supply 2 outputs the current output from the DC voltage source 3, the input capacitor 4, the voltage detection means 8, the inverter 5, the transformer 6, the resonance circuit 7 and the high frequency AC power supply 2 to the spark plug 10. It comprises a current detection means 9 for detecting and a control unit 12. Furthermore, the present embodiment has a diode bridge circuit 13 between the inverter 5 and the transformer 6.

ダイオードブリッジ回路13は、4つのダイオード131、132、133、134で構成される。ダイオード131,133のカソードは、インバータ5のスイッチング素子51と53のドレイン端、直流電圧源3および入力コンデンサ4のプラス端に接続されている。また、ダイオード132,134のアノードは、インバータ5のスイッチング素子52と54のソース端、直流電圧源3および入力コンデンサ4のマイナス端に接続されている。   The diode bridge circuit 13 is composed of four diodes 131, 132, 133 and 134. The cathodes of the diodes 131 and 133 are connected to the drain ends of the switching elements 51 and 53 of the inverter 5, the DC voltage source 3 and the positive end of the input capacitor 4. The anodes of the diodes 132 and 134 are connected to the source terminals of the switching elements 52 and 54 of the inverter 5, the DC voltage source 3 and the negative terminal of the input capacitor 4.

ダイオード131のアノードとダイオード132のカソードの接続点はトランス6一次側巻線の一端61aに接続する。また、第2レグのダイオード133のアノードとダイオード134のカソードの接続点はトランス6一次側巻線の他端61bに接続される。すなわち、ダイオード131とダイオード132の直列回路を第1レグとし、ダイオード133とダイオード134の直列回路を第2レグとする回路となっている。   The connection point of the anode of the diode 131 and the cathode of the diode 132 is connected to one end 61 a of the transformer 6 primary side winding. The connection point of the anode of the diode 133 of the second leg and the cathode of the diode 134 is connected to the other end 61 b of the transformer 6 primary side winding. That is, the series circuit of the diode 131 and the diode 132 is a first leg, and the series circuit of the diode 133 and the diode 134 is a second leg.

点火動作時における失火について説明する。内燃機関用点火装置1は、ECUからの点火タイミング信号に基づいて点火動作が実施される。しかしながら、燃焼室の状態や点火プラグ10の電極の磨耗などが要因となり、点火プラグ10の電極間に形成された火花が失火することがある。   A misfire during the ignition operation will be described. The internal combustion engine ignition device 1 performs an ignition operation based on an ignition timing signal from the ECU. However, the condition of the combustion chamber or the wear of the electrode of the spark plug 10 may cause the spark formed between the electrodes of the spark plug 10 to misfire.

火花が失火した場合は、放電用電源11の点火コイルに残留する誘導エネルギーが、点火プラグ10の電極間に供給され、再度絶縁破壊による点火が実施される。この点火動作を以降再点火と称する。   When the spark is misfired, inductive energy remaining in the ignition coil of the discharge power source 11 is supplied between the electrodes of the spark plug 10, and ignition by dielectric breakdown is performed again. This ignition operation is hereinafter referred to as reignition.

再点火は、ECUから送信される点火タイミング信号とは同期せずに実施される。このため、高周波交流電源2が動作中であっても失火した場合は再点火が実施される。また、再点火は点火プラグ10の電極間の絶縁破壊することから、点火タイミング信号による絶縁破壊と同じく、共振コンデンサ72による放電電流が発生する。   Reignition is performed out of synchronization with the ignition timing signal transmitted from the ECU. For this reason, even if the high frequency AC power supply 2 is in operation, reignition is performed when a misfire occurs. Further, since reignition causes insulation breakdown between the electrodes of the spark plug 10, a discharge current due to the resonance capacitor 72 is generated as in the insulation breakdown due to the ignition timing signal.

ここで、ダイオードブリッジ回路13を備えない高周波交流電源2が動作中に再点火が発生し、共振コンデンサ72からの放電電流がインバータ5に流入した場合について説明する。   Here, the case where reignition occurs while the high frequency AC power supply 2 without the diode bridge circuit 13 is in operation, and the discharge current from the resonance capacitor 72 flows into the inverter 5 will be described.

例えば、インバータ5のスイッチングの位相と放電電流の位相との関係が上述した図3(b)のように進み位相となるとき、実施の形態1で説明したように各スイッチング素子の逆並列ダイオードでリカバリが発生し、短絡しやすくなる。リカバリ期間の長さは遮断電流に依存する傾向である。   For example, when the relationship between the switching phase of the inverter 5 and the phase of the discharge current becomes the leading phase as shown in FIG. 3B described above, the anti-parallel diodes of the switching elements are as described in the first embodiment. Recovery occurs and it is easy to short circuit. The length of the recovery period tends to depend on the blocking current.

遮断する電流は共振コンデンサ72から出力される放電電流がトランス6の巻数比倍になっていることから、高周波プラズマ点火動作のときに発生するリカバリ期間よりも長くなる。短絡期間が長くなると、短絡電流による過渡発熱が過大となり高周波交流電源2の構成素子の耐熱温度を超え破損する。または図示していない温度センサの閾値を超え高周波交流電源2の動作停止が頻発するといった状態となる。   Since the discharge current output from the resonance capacitor 72 is twice the turns ratio of the transformer 6, the current to be cut off is longer than the recovery period generated in the high frequency plasma ignition operation. When the short circuit period becomes long, the transient heat generation due to the short circuit current becomes excessive, and the heat resistance temperature of the components of the high frequency AC power supply 2 is exceeded and the damage occurs. Alternatively, the high frequency AC power supply 2 frequently stops operating because the threshold of the temperature sensor (not shown) is exceeded.

図7は、内燃機関用点火装置1の再点火動作を示す図である。図7中には、点火タイミング信号と、インバータ駆動信号と、点火プラグ電圧と、点火プラグ電流の動作状態を示している。また図中におけるT1〜T5はある時刻を示すものである。   FIG. 7 is a view showing the reignition operation of the internal combustion engine ignition device 1. FIG. 7 shows the operating states of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, and the spark plug current. Further, T1 to T5 in the figure indicate a certain time.

再点火の状態において、実施の形態3のダイオードブリッジ回路13を有する構成の場合の動作について説明する。   The operation in the case of the configuration having the diode bridge circuit 13 of the third embodiment in the state of reignition will be described.

ダイオードブリッジ回路13が、インバータ5とトランス6との間に接続されていると、放電電流は、インバータ5とダイオードブリッジ回路13とに分流する。これにより、再点火時に入力コンデンサ4から発生する放電電流の位相を問わずに、放電電流を整流することができる。よって、インバータ5の各スイッチング素子の逆並列ダイオードで発生するリカバリ損失やリカバリ短絡期間を抑制することができる。   When the diode bridge circuit 13 is connected between the inverter 5 and the transformer 6, the discharge current is shunted to the inverter 5 and the diode bridge circuit 13. Thus, the discharge current can be rectified regardless of the phase of the discharge current generated from the input capacitor 4 at the time of reignition. Therefore, it is possible to suppress the recovery loss and the recovery short circuit period that occur in the anti-parallel diodes of the switching elements of the inverter 5.

また、ダイオードブリッジ回路13に使用するダイオードの順方向電圧特性が、インバータ5の逆並列ダイオードの順方向電圧特性より低電圧にすることで、ダイオードブリッジ回路13の整流電流をより増加することができる。   Further, by setting the forward voltage characteristic of the diode used in the diode bridge circuit 13 to a voltage lower than that of the anti-parallel diode of the inverter 5, the rectified current of the diode bridge circuit 13 can be further increased. .

さらに、トランス6からダイオードブリッジ回路13までの接続を最短になるように構成する。これにより、配線経路よるインピーダンスが大きくなることが要因となり、インバータ5のスイッチング素子の逆並列ダイオードに流れる電流量が増大することを抑制することができる。   Furthermore, the connection from the transformer 6 to the diode bridge circuit 13 is configured to be the shortest. As a result, it is possible to suppress an increase in the amount of current flowing in the anti-parallel diode of the switching element of the inverter 5 due to the increase in the impedance due to the wiring path.

上述の構成により、高周波交流電源2が動作中に放電用電源11による再点火が実施され、共振コンデンサ72から、いかなる位相の放電電流がインバータ5に流入しても、ダイオードブリッジ回路13で整流することができる。また、インバータ5のスイッチング素子の逆並列ダイオードのリカバリ損失の低減やリカバリ短絡による過渡発熱の抑制が可能となる。
よって、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を効果的に防ぐことができる。
With the above-described configuration, reignition by the discharge power supply 11 is performed while the high frequency AC power supply 2 is operating, and the diode bridge circuit 13 rectifies any phase of discharge current flowing from the resonance capacitor 72 into the inverter 5. be able to. In addition, it is possible to reduce the recovery loss of the anti-parallel diode of the switching element of the inverter 5 and to suppress the transient heat generation due to the recovery short circuit.
Therefore, the rise of the applied voltage of the high frequency alternating current power supply 2 can be effectively prevented.

なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   The present invention can freely combine each embodiment within the scope of the invention, and can appropriately modify or omit each embodiment.

1 内燃機関用点火装置、2 高周波交流電源、3 直流電圧源、4 入力コンデンサ、5 インバータ、51,52,53,54 スイッチング素子、6 トランス、61 トランスの一次側巻線、62 トランスの二次側巻線、7 共振回路、71 共振リアクトル、72 共振コンデンサ、8 電圧検出手段、9 電流検出手段、10 点火プラグ、11 放電用電源、12 制御部、13 ダイオードブリッジ回路、131,132,133,134 ダイオード   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition device for internal combustion engines, 2 high frequency alternating current power supply, 3 direct current voltage source, 4 input capacitors, 5 inverters, 51, 52, 53, 54 switching elements, 6 transformers, 61 transformer primary side windings, 62 transformer secondary Side winding, 7 resonance circuits, 71 resonance reactors, 72 resonance capacitors, 8 voltage detection means, 9 current detection means, 10 spark plugs, 11 discharge power sources, 12 control units, 13 diode bridge circuits, 131, 132, 133, 134 diode

Claims (5)

内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加して前記電極間に火花放電を発生させる放電用電源と、
前記火花放電の放電経路に高周波電圧を印加して前記電極間に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
を有する内燃機関用点火装置において、
前記高周波交流電源は、
直流電圧源と、
入力コンデンサと、
前記入力コンデンサの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
複数のスイッチング素子を有し、前記直流電圧源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの出力端に一次側巻線を接続したトランスと、
前記トランスの二次側巻線に接続され、少なくとも1つ以上のコンデンサおよびリアクトルを有し、前記インバータから出力された交流電圧を共振させる共振回路と、
前記インバータを構成する前記スイッチング素子のオンおよびオフ動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記放電用電源のみで点火動作が行われ、
前記入力コンデンサの検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるときに、エネルギー消費動作として前記入力コンデンサに蓄積されたエネルギーを消費するよう、前記インバータを動作させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
An ignition plug for igniting a combustible mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine;
A discharge power source for applying a DC high voltage between the electrodes of the spark plug to generate a spark discharge between the electrodes;
A high frequency alternating current power supply for applying a high frequency voltage to the discharge path of the spark discharge to generate a high frequency plasma between the electrodes;
An ignition device for an internal combustion engine having
The high frequency alternating current power supply is
A DC voltage source,
An input capacitor,
Voltage detection means for detecting an applied voltage of the input capacitor;
An inverter having a plurality of switching elements and converting a DC voltage output from the DC voltage source into an AC voltage;
A transformer having a primary winding connected to the output end of the inverter;
A resonant circuit connected to the secondary side winding of the transformer, having at least one or more capacitors and a reactor, for resonating the alternating voltage output from the inverter;
A control unit that controls the on and off operation of the switching element that constitutes the inverter;
Equipped with
The control unit
The ignition operation is performed only by the discharge power source,
The inverter is operated to consume energy stored in the input capacitor as an energy consumption operation when the detected voltage of the input capacitor is higher than a preset threshold voltage. Engine igniter.
前記制御部は、前記エネルギーの消費動作を行うとき、前記インバータの前記スイッチング素子を前記共振回路と前記点火プラグの浮遊容量からなる共振点よりも高周波となる周波数でスイッチング動作させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。   The control unit causes the switching element of the inverter to perform switching operation at a frequency higher than a resonance point formed by the stray capacitance of the resonance circuit and the spark plug, when performing the energy consumption operation. An ignition device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記制御部は、前記エネルギーの消費動作を行うとき、前記トランスの二次側巻線から出力される交流電圧が前記点火プラグの高周波プラズマ放電の放電維持電圧未満となるよう、前記インバータの前記スイッチング素子のオンパルスの時比率を低減することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関用点火装置。   The control unit performs the switching of the inverter such that an alternating current voltage output from a secondary winding of the transformer is less than a discharge sustaining voltage of high frequency plasma discharge of the spark plug when performing the energy consumption operation. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the duty ratio of on-pulse of the element is reduced. 前記高周波交流電源は、前記インバータと前記トランスの間にダイオードブリッジ回路を接続することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。   The said high frequency alternating current power supply connects the diode bridge circuit between the said inverter and the said transformer, The ignition device for internal combustion engines of any one of the Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記ダイオードブリッジ回路は、前記インバータの前記スイッチング素子に備えられたダイオードよりも順方向電圧が小さいことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用点火装置。   5. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the diode bridge circuit has a forward voltage smaller than that of a diode provided in the switching element of the inverter.
JP2017211758A 2017-11-01 2017-11-01 Ignition system for internal combustion engine Active JP6773004B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017211758A JP6773004B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Ignition system for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017211758A JP6773004B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Ignition system for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019085877A true JP2019085877A (en) 2019-06-06
JP6773004B2 JP6773004B2 (en) 2020-10-21

Family

ID=66763997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017211758A Active JP6773004B2 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Ignition system for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6773004B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110500222A (en) * 2019-09-20 2019-11-26 韦伟平 A kind of high-frequency resonant firing circuit of lean combustion engine and its work, control method
JP6840301B1 (en) * 2020-04-17 2021-03-10 三菱電機株式会社 Ignition system
KR102243322B1 (en) * 2020-08-14 2021-04-21 김덕철 High voltage igniter

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319644A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Ecoignition Energy efficient plasma generation
JP2012112310A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Plasma ignition device and plasma ignition method
JP2015086702A (en) * 2013-10-28 2015-05-07 三菱電機株式会社 High frequency wave plasma ignition device
JP2015200280A (en) * 2014-04-10 2015-11-12 株式会社デンソー control device
JP2016108989A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 三菱電機株式会社 Ignition device
WO2017115511A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 三菱電機株式会社 Internal combustion engine ignition device
WO2018012025A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 三菱電機株式会社 Resonant inverter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100319644A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Ecoignition Energy efficient plasma generation
JP2012112310A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Plasma ignition device and plasma ignition method
US20130214689A1 (en) * 2010-11-25 2013-08-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Plasma ignition device and plasma ignition method
JP2015086702A (en) * 2013-10-28 2015-05-07 三菱電機株式会社 High frequency wave plasma ignition device
JP2015200280A (en) * 2014-04-10 2015-11-12 株式会社デンソー control device
JP2016108989A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 三菱電機株式会社 Ignition device
WO2017115511A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 三菱電機株式会社 Internal combustion engine ignition device
WO2018012025A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 三菱電機株式会社 Resonant inverter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110500222A (en) * 2019-09-20 2019-11-26 韦伟平 A kind of high-frequency resonant firing circuit of lean combustion engine and its work, control method
JP6840301B1 (en) * 2020-04-17 2021-03-10 三菱電機株式会社 Ignition system
WO2021210158A1 (en) * 2020-04-17 2021-10-21 三菱電機株式会社 Ignition system
KR102243322B1 (en) * 2020-08-14 2021-04-21 김덕철 High voltage igniter

Also Published As

Publication number Publication date
JP6773004B2 (en) 2020-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6469321B2 (en) Resonant type inverter
US8807124B2 (en) Ignition apparatus
JP6773004B2 (en) Ignition system for internal combustion engine
KR20150070385A (en) Plasma ignition device for internal combustion engines
JP5897099B1 (en) Ignition device
JP2013151866A (en) Overlapping discharge-type ignition device for internal combustion engine
JP5496297B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP5253144B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US20160161120A1 (en) Inductive start and capacitive sustain ignition exciter system
JP5295305B2 (en) Ignition device
JP6125139B1 (en) Internal combustion engine ignition device
WO2014002291A1 (en) Ignition device for internal combustion engine
WO2017115511A1 (en) Internal combustion engine ignition device
JP6190793B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US11560869B2 (en) Electronic circuit and capacitor discharge system comprising electronic circuit
JP5750813B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP2010101212A (en) Ignition device for internal combustion engine
JP5601643B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US10145352B2 (en) Resonant ignition circuit
JP6041084B2 (en) Ignition device for overlap discharge type internal combustion engine
JP5601642B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP3116964B2 (en) Engine ignition device
JP2012122348A (en) Ignition device for internal combustion engine
JP2011220293A (en) Plasma type ignition device
JP2000213445A (en) Power distribution means, power distribution means for discharge, and power distribution means for ignition

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200901

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200914

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6773004

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250